Per la prima volta in assoluto, un team internazionale di ricercatori ha creato un atlante cellulare completo di un intero cervello di mammifero. Questo atlante funge da mappa per il cervello del topo, descrivendo il tipo, la posizione e le informazioni molecolari di oltre 32 milioni di cellule e fornendo informazioni sulla connettività tra queste cellule. Il topo è il modello sperimentale di vertebrato più comunemente utilizzato nella ricerca neuroscientifica e questa mappa cellulare apre la strada a una maggiore comprensione del cervello umano, probabilmente il computer più potente del mondo. L’atlante cellulare getta anche le basi per lo sviluppo di una nuova generazione di terapie di precisione per persone con disturbi mentali e neurologici del cervello.
I risultati sono stati finanziati dal National Institutes of Health Ricerca sul cervello attraverso il progresso delle neurotecnologie innovative® Initiative, o The BRAIN Initiative®, e compaiono in una raccolta di 10 articoli pubblicati in Natura.
“L’atlante dei topi ha messo a fuoco l’intricata rete di cellule cerebrali dei mammiferi, fornendo ai ricercatori i dettagli necessari per comprendere le funzioni e le malattie del cervello umano”, ha affermato Joshua A. Gordon, MD, Ph.D., direttore del National Institute of Salute Mentale, parte del National Institutes of Health.
L’atlante cellulare descrive i tipi di cellule in ciascuna regione del cervello del topo e la loro organizzazione all’interno di tali regioni. Oltre a queste informazioni strutturali, l’atlante cellulare fornisce un catalogo incredibilmente dettagliato del trascrittoma cellulare, l’insieme completo di letture dei geni in una cellula, che contiene istruzioni per produrre proteine e altri prodotti cellulari. Le informazioni trascrittomiche incluse nell’atlante sono organizzate gerarchicamente e descrivono in dettaglio classi cellulari, sottoclassi e migliaia di singoli gruppi cellulari all’interno del cervello.
L’atlante caratterizza anche l’epigenoma cellulare – modifiche chimiche al DNA e ai cromosomi di una cellula che alterano il modo in cui vengono espresse le informazioni genetiche della cellula – descrivendo in dettaglio migliaia di tipi di cellule epigenomiche e milioni di elementi di regolazione genetica candidati per diversi tipi di cellule cerebrali.
Insieme, le informazioni strutturali, trascrittomiche ed epigenetiche incluse in questo atlante forniscono una mappa senza precedenti dell’organizzazione cellulare e della diversità nel cervello del topo. L’atlante fornisce anche una descrizione dei neurotrasmettitori e dei neuropeptidi utilizzati dalle diverse cellule e della relazione tra i tipi di cellule all’interno del cervello. Queste informazioni possono essere utilizzate come un modello dettagliato di come i segnali chimici vengono avviati e trasmessi in diverse parti del cervello. Questi segnali elettrici sono la base del funzionamento dei circuiti cerebrali e del funzionamento generale del cervello.
“Questo prodotto testimonia la potenza di questa collaborazione trasversale e senza precedenti e apre la strada a trattamenti cerebrali più precisi”, ha affermato John Ngai, Ph.D., direttore dell’iniziativa NIH BRAIN.
Dei 10 studi inclusi in questa raccolta, sette sono finanziati attraverso la NIH BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) e due sono finanziati attraverso la più ampia NIH BRAIN Initiative. Lo scopo principale del BICCN, uno sforzo innovativo e di collaborazione incrociata per comprendere la composizione cellulare del cervello, è quello di sviluppare un inventario completo delle cellule del cervello: dove si trovano, come si sviluppano, come lavorano insieme e come regolano la loro attività per comprendere meglio come i disturbi cerebrali si sviluppano, progrediscono e vengono trattati al meglio.
“Sfruttando la natura unica della sua collaborazione multidisciplinare e internazionale, il BICCN è stato in grado di realizzare ciò che nessun altro team di scienziati era stato in grado di fare prima”, ha affermato il dott. Ngai. “Ora siamo pronti a fare il prossimo grande passo: completare le mappe cellulari del cervello umano e del cervello dei primati non umani.”
Il BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) è la fase successiva nell’impegno dell’NIH BRAIN Initiative per comprendere le funzioni cellulari e cellulari del cervello dei mammiferi. BICAN è un progetto trasformativo che, insieme ad altri due progetti su larga scala – la BRAIN Initiative Connectivity Across Scales e l’Armamentarium for Precision Brain Cell Access – mira a rivoluzionare la ricerca neuroscientifica illuminando i principi fondamentali che governano la base circuitale del comportamento e informando nuovi approcci per il trattamento dei disturbi del cervello umano.
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